活塞环作为内燃机的重要零部件,其性能直接影响着内燃机的功率输出、使用寿命、燃油和润滑油的消耗以及有害物质的排放。内燃机性能的提高、替代燃料的使用、排放法规的愈加严格和对经济可持续发展的追求,都对活塞环性能提出了更高的要求。传统活塞环表面强化处理方法,如镀铬、热喷涂、物理气相沉积等,存在处理效率低、过程污染重、成本高和改性层厚度受限等问题。等离子体电解沉积（Plasma electrolytic deposition,PED）是一种节能、高效、环保的表面处理方法,可在工件表面形成热稳定性好、硬度高、耐腐蚀的陶瓷强化层,为活塞环性能的提升提供了新的途径。本文在偏铝酸钠、磷酸二氢钠和去离子水组成的电解液体系中,以活塞环试样为阳极,不锈钢板为阴极,应用PED技术,进行了活塞环表面沉积陶瓷涂层的试验与理论研究。以获取的装置伏安特性曲线为依据,评价并优选了电解液浓度、电极间距和工作电压等系统工作参数。系统地探究了工作电压、处理时间和基体表面粗糙度对活塞环表面形貌、涂层元素及分布、相组成和涂层与基体结合力的影响规律。设计并完成了中心组合正交试验,并以正交试验结果为依据,采用响应曲面法,以涂层结合力为指标,建立了操作参数的优化模型。对优化工作参数条件下获得的活塞环试样的硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能进行了对比研究与分析。主要研究内容如下:（1）活塞环PED试验装置的构建与工作特性研究。在不同浓度的偏铝酸钠电解液中对活塞环进行PED处理,获取装置的U-I特性曲线。以装置工作特性、微弧放电均匀性、装置运行安全性为依据,选取电解液偏铝酸钠的浓度为10g/L,电极间距为4cm,工作电压范围为380-480V。（2）活塞环PED陶瓷涂层表面形貌、元素分布和相组成的影响因素及规律研究。采用扫描电子显微镜（SEM）研究试样的表面、截面形貌;采用能谱仪（EDS）和X射线光电子能谱仪（XPS）检测涂层的元素组成及其分布;采用X射线衍射仪（XRD）分析涂层的相组成。表面形貌研究结果表明,活塞环陶瓷涂层表面呈多孔形貌;随处理时间的延长,表面微孔的数量先增多再减少。随着工作电压的增加,微孔的尺寸逐渐增大,孔洞附近冷却堆积的熔融物数量亦增加。陶瓷涂层的厚度随着处理时间和处理电压的增加而增加,但过高的电压将使涂层的平均厚度减少。元素分布及相组成研究结果表明,涂层主要由O、Al元素组成,其中O元素的质量百分比和原子百分比均高于Al元素;涂层的相由γ-Al2O3相和α-Al2O3相构成,并以α-Al2O3相为主相;工作电压的提高有利于α-Al2O3相的增加,处理时间的增加有利于涂层结晶度的提高。（3）PED活塞环陶瓷涂层与基体结合力的影响规律研究及操作参数的优化。PED涂层的结合力随工作电压的提高及处理时间的延长均呈先增大后减小的趋势;随基体表面粗糙度的增大而增加。以涂层结合力为指标,建立了活塞环表面PED处理的操作参数优化模型,并对优化模型的准确性进行试验验证。结果表明模型的拟合程度较好,获得的优化操作参数为工作电压419.4V,处理时间38.6min,基体表面粗糙度0.717μm;在优化操作参数条件下计算得到的涂层最大结合力为23.85N。试验获得的试样涂层结合力为22.30N,与模型拟合的结合力误差小于6.5%,吻合程度较高,表明该方法建立的优化模型能够较为有效的表达各操作参数对陶瓷涂层结合力的影响。（4）PED活塞环的性能研究。利用显微硬度测试系统、电化学腐蚀测试仪、摩擦学试验机等设备对活塞环的硬度、耐腐蚀性能和耐磨性能进行了研究。显微硬度分析结果表明,PED活塞环的表面硬度可达1185HV,与未处理工件相比提高了约2.45倍。在干摩擦条件下,PED活塞环的摩擦系数约为0.58,磨损率约为6.44×10-5mm~3/（N·m）,较未经处理的活塞环分别降低了约40.0%、26.3%。在润滑摩擦条件下,PED活塞环的摩擦系数约为0.218,磨损率约为4.15×10-6mm~3/（N·m）,较未经处理的活塞环分别降低了约6.4%、29.4%。电化学腐蚀测试结果分析表明,PED活塞环的腐蚀电位为-0.534V,较未处理活塞环提高了64m V;腐蚀电流密度为2.17×10-6A·cm-2,较未处理活塞环大幅降低了一个数量级以上;极化电阻为1.75×10~4Ω·cm~2,较未处理活塞环大幅提高了一个数量级以上。本文研究结果表明,采用PED技术对活塞环进行陶瓷涂层沉积的表面改性,可有效降低活塞环的摩擦系数,减少其磨损率,提高耐腐蚀性能,为活塞环综合性能的提升提供了新的可行的技术途径。